CN218744746U - 一种下引法铸造高电率铜锭的冷却装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于冷却装置技术领域，尤其涉及一种下引法铸造高电率铜锭的冷却装置，通过设置能够使得石墨结晶器同一水平区域受热均匀的一次冷却机构，从而保证石墨结晶器内同一水平区域温差可以忽略，进而保证铜锭上同一水平区域内的晶粒度、组织紧密度、导电率和其他性能一致。

Description

一种下引法铸造高电率铜锭的冷却装置

技术领域

本实用新型属于冷却装置技术领域，尤其涉及一种下引法铸造高电率铜锭的冷却装置。

背景技术

本章节中的说明只提供涉及本公开的背景信息而不构成现有技术。

如图1所示，铜棒(铜锭)9’的铸造过程中需要有冷却装置对铜水进行冷却，以实现铜从液态转换成固体(铜锭)的过程。目前铜棒(铜锭)9’铸造过程中，进液机构包括炉头6’和与炉头6’固定连接的浇嘴8’，炉头6’的铜水7’通过浇嘴8’内孔流入(箭头B所示)石墨结晶器12’的内腔。进水套1’内圆和铜套2’外圆装配配合并通过固定螺栓4’固定成形冷却水腔，而冷却水从进水套1’上设置的进水管沿C1和C2的方向流入内腔，对铜锭进行一次冷却。冷却水从喷水环5’和铜套2’的配合的间隙喷出，直接喷向铜锭9’表面进行二次冷却(冷却水流向如箭头所示)。托盘10’通过丝杆传动往下方(箭头D所示)牵引，而铜锭9’由于重力的条件下，与托盘10’一致同步往下方位移，以现实一定长度实心铜棒(铜锭)的铸造。

问题1：说明书附图2“A-A”剖视图所示，冷却水从箭头C1和C2的方向通过进水管流入进水套1’和铜套2’配合的内腔，在冷却过程中，由于进水口是冷水，此区域水温较低，而冷却水一旦进入内腔立即吸热升温，流至内腔圆周截面其他部位时存在温差大，进而造成石墨结晶器3’内同一水平区域温差较大，从而造成铜锭上同一水平区域内的晶粒度、组织紧密度、导电率和其他性能不一致。

问题2：如图1和2所示，冷却水从C1和C2的方向流入进水套1’和铜套2’配合的内腔后，未经缓冲，直接经喷水环5’和铜套2’的配合间隙喷出，此时由于水的自身重力和动能，就会产生很大的力直接冲击铜锭9’表面进行二次冷却。此时二次冷却水具有一定的压力，造成对铸锭表面进行冷却过程中，冷却水排流过快，冷却效果较差，铜锭表面易有热裂纹、结巴或组织疏松等现象。

综上所述，由于冷却冷却系统的整体问题，铸造铜锭存在晶粒不均、组织疏松、导电率和其他性能不一致。尤其是铸造外径≥200mm铜锭，铜锭截面的中心部位与边缘组织密度、晶粒度和导电率差异很大，存在局部不均现象，造成达不到高导电率(≥98％)铸锭的生产要求。

实用新型内容

本实用新型提供一种下引法铸造高电率铜锭的冷却装置，旨在解决背景技术中问题1的技术问题。

本实用新型是这样实现的，提供了一种下引法铸造高电率铜锭的冷却装置，包括

用于将铜溶液进行固化的石墨结晶器；

将铜溶液注入石墨结晶器中的进液机构；

一次冷却机构，所述一次冷却机构对石墨结晶器进行均匀冷却，使得石墨结晶器同一水平区域受热均匀，将铜溶液固化；

进水机构，所述进水机构将冷却水输送至一次冷却机构；

二次冷却机构，所述二次冷却机构设置在进水机构的下方，并与进水机构固定连接，对从石墨结晶器出来的固态铜锭进一步冷却。

本实用新型提供了一种下引法铸造高电率铜锭的冷却装置，所述一次冷却机构包括

铜套，所述铜套内壁与石墨结晶器固定连接；所述铜套的上端向外延伸第一固定部，所述第一固定部沿铜套的周向设置；

隔套，所述隔套上部沿周向均匀分布有若干个进水孔，所述隔套的上端向外延伸第二固定部，所述第二固定部沿隔套的周向设置；所述隔套自下而上套在铜套外，并通过第二固定部与第一固定部固定连接将隔套与铜套固定，使得隔套的内壁与铜套的外壁之间形成第一冷却水腔；

若干组导水弹簧，所述导水弹簧周向连接在隔套的内壁上；

喷水环，所述喷水环固定连接在隔套的下部，并与铜套的下部形成对铜锭四周进行喷水的喷水通道。通过设置在第一冷却水腔内的导水弹簧，首先通过导水弹簧的缓冲，将水流的流速降低，其次通过导水弹簧的导流，将冷却水导向铜套外壁的同一水平区域，使得铜套水平区域的温差非常小，从而保证铜锭在同一水平区域的晶粒度、组织紧密度、导电率和其他性能一致，设置多组导水弹簧，从而使得冷却水对铜锭进行有梯度的冷却，且由于冷却水速度慢了，对铜锭的冷却实现无死角，冷却效果更好。

本实用新型提供了一种下引法铸造高电率铜锭的冷却装置，所述铜套上部的外径自与进水孔轴线相交处向上逐渐递增，并增至第一固定部，这种结构首先对铜套具有一定的限位作用，保证整体的同心度，其次具有缓冲冷却水压力的作用。

本实用新型提供了一种下引法铸造高电率铜锭的冷却装置，所述进水机构包括进水套，所述进水套包括冷却水进口、上连接端面和下支撑端面；

所述进水套自下而上套在隔套的外部，并通过上连接端面与第二固定部固定连接；所述下支撑端面与喷水环的下端面和隔套的下端面连接对喷水环和隔套进行支撑；

所述进水套与隔套连接形成第二冷却水腔，所述第二冷却水腔通过进水孔与第一冷却水腔连通。通过进水套与隔套连接形成第二冷却水腔，且将进水孔设置在隔套的上部，使得进入第二冷却水腔的冷却水首先进行速度的缓冲，进而降低了水的动能，减小冷却水对上部导水弹簧的冲击力，避免导水弹簧的损坏，且冷却水前段已经降速了，整体的冷却效果也会更好。

本实用新型提供了一种下引法铸造高电率铜锭的冷却装置，所述进水套与隔套密封连接。保证隔套与进水套的密封性。

本实用新型提供了一种下引法铸造高电率铜锭的冷却装置，所述二次冷却机构包括冷水套，所述冷水套包括

上连接部，所述上连接部与下支撑端面固定连接；

二次冷却部，所述二次冷却部为锥形，且二次冷却部的上部开口大于下部开口，所述二次冷却部的上部与上连接部固定连接，所述第一冷却水腔的冷却水通过喷水通道流入二次冷却部。经过一次冷却机构缓冲过的冷却水，通过喷水通道进入二次冷却部，首先喷水环喷在铜锭上的水速降低，冷却效果更好，其次锥形的二次冷却部进一步缓冲水流，并对铜锭形成浸泡式冷却，此冷却方式可实现对铸锭进行强冷及急冷的目的，使铸锭组织紧密；且保证了冷却效果，铜锭表面也不会出现热裂纹、结巴或组织疏松等现象，其中保证喷水通道流入二次冷却部的水量大于二次冷却部流出的水量。

本实用新型提供了一种下引法铸造高电率铜锭的冷却装置，所述冷水套还包括伸出部，所述伸出部为圆环形，所述伸出部的上端与二次冷却部的下部固定连接，且伸出部的内径大于石墨结晶器的内径。使得石墨结晶器冷却出来的铜锭与伸出部之间形成间隙，方便冷却水流出对铜锭进一步冷却，进一步的冷却降温。

本实用新型提供了一种下引法铸造高电率铜锭的冷却装置，所述二次冷却部上设置若干个溢流孔，设置溢流孔首先是方便排出腔体内进入的气体，防止气体受压进入铜锭，造成铸锭有气孔，其次也防止对防止二次冷水过满存在一定压力倒流进行一次冷却区，造成铸锭有气孔。

本实用新型提供了一种下引法铸造高电率铜锭的冷却装置，通过设置对石墨结晶器进行均匀冷却的一次冷却机构，

所述溢流孔设置在二次冷却部的中部或者上部，这样能够保证在二次冷却部内汇聚冷却水对铜锭进一步冷却，使得石墨结晶器同一水平区域受热均匀。

本实用新型提供了一种下引法铸造高电率铜锭的冷却装置，还包括托盘，所述托盘转动并支撑铜锭的下端，同时将铜锭向下牵引。

本实用新型的有益效果是：本实用新型提供了一种下引法铸造高电率铜锭的冷却装置，通过设置能够使得石墨结晶器同一水平区域受热均匀的一次冷却机构，从而保证石墨结晶器内同一水平区域温差可以忽略，进而保证铜锭上同一水平区域内的晶粒度、组织紧密度、导电率和其他性能一致；

通过设置在第一冷却水腔内的导水弹簧，首先通过导水弹簧的缓冲，将水流的流速降低，其次通过导水弹簧的导流，将冷却水导向铜套外壁的同一水平区域，使得铜套水平区域的温差非常小，从而保证铜锭在同一水平区域的晶粒度、组织紧密度、导电率和其他性能一致，设置多组导水弹簧，从而使得冷却水对铜锭进行有梯度的冷却，且由于冷却水速度慢了，对铜锭的冷却实现无死角，冷却效果更好；

通过进水套与隔套连接形成第二冷却水腔，且将进水孔设置在隔套的上部，使得进入第二冷却水腔的冷却水首先进行速度的缓冲，进而降低了水的动能，减小冷却水对上部导水弹簧的冲击力，避免导水弹簧的损坏，且冷却水前段已经降速了，整体的冷却效果也会更好；

一次冷却的水流出一次冷却水套后流入二次冷水套，并对铸锭进行浸泡式冷却，此冷却方式可实现对铸锭进行强冷及急冷的目的，使铸锭组织紧密；

为防止二次冷水过满存在一定压力倒流进行一次冷却区，造成铸锭有气孔或吸氧。本方案在二次冷却部上方开有数个冷却水溢流孔，进行二次冷水溢流式排出，防止二次冷却水倒流，影响铜锭质量。

本设计生产的铸锭圆周与芯层晶粒度细化而均匀，并且组织密度高，生产的铸锭导电率高，并且各部位一致，解决了铸锭局部导电率差异大及导电率偏低的现象。尤其是铸造外径≥200mm，导电率(≥98％)铸锭，得到有效稳定的改善。

附图说明

图1是实用新型人所知的一种下引法铸造高电率铜锭的冷却装置的结构；

图2是图1的A-A剖视图；

图3是本实用新型一种下引法铸造高电率铜锭的冷却装置的结构图；

图4是本实用新型一种下引法铸造高电率铜锭的冷却装置的局部剖面图。

其中：

图1和图2中：1’、进水套；2’、铜套；3’、石墨结晶器；4’、固定螺栓；5’、喷水环；6’、炉头；7’、铜水；8’、浇嘴；9’、铜棒(铜锭)；10’、托盘。

图3和图4中：1、进水套；2、隔套；3、铜套；4、导水弹簧；5、喷水环；6、炉头；7、铜水；8、浇嘴；9、铜锭；10、托盘；11、冷水套；12、石墨结晶器；13、密封圈；14、第一冷却水腔；15、喷水通道；16、冷却水进口；17、上连接端面；18、下支撑端面；19、第二冷却水腔；20、上连接部；21、第二固定部；22、进水孔；23、二次冷却部；24、伸出部；25、溢流孔；31、第一固定部。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“密封液平”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“密封液平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对密封液平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“密封液平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加密封液平，并不是表示该结构一定要完全密封液平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”、“安装”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图3和图4所示，一种下引法铸造高电率铜锭的冷却装置，包括用于将铜溶液进行固化的石墨结晶器12、将铜溶液注入石墨结晶器12中的进液机构、一次冷却机构、进水机构和二次冷却机构；炉头6的铜水7通过浇嘴8内孔流入(箭头B所示)石墨结晶器12的内腔，一次冷却机构对石墨结晶器12进行冷却，将的铜水(铜溶液)7固化；进水机构将冷却水输送至一次冷却机构；二次冷却机构设置在进水机构的下方，并与进水机构固定连接，对从石墨结晶器12出来的固态铜锭进一步冷却。

对于一次冷却机构，其包括铜套3、隔套2、若干组导水弹簧4和喷水环5，铜套3内壁与石墨结晶器12固定连接；铜套3的上端向外延伸第一固定部31，第一固定部31沿铜套3的周向设置；隔套2上部沿周向均匀分布有若干个进水孔22；隔套2的上端向外延伸第二固定部21，第二固定部21沿隔套2的周向设置；隔套2自下而上套在铜套3外，并通过第二固定部21与第一固定部31固定连接将隔套2与铜套3固定密封，使得隔套2的内壁与铜套3的外壁之间形成第一冷却水腔14；导水弹簧4周向连接在隔套2的内壁上；喷水环5固定连接在隔套2的下部，并与铜套3的下部形成对铜锭四周进行喷水的喷水通道15。

其中铜套3上部的外径自与进水孔22轴线相交处向上逐渐递增，并增至第一固定部31。

对于进水机构，其结构包括进水套1，进水套1包括冷却水进口16、上连接端面17和下支撑端面18；进水套1自下而上套在隔套2的外部，并通过上连接端面17与第二固定部21固定连接；下支撑端面18与喷水环5的下端面和隔套2的下端面连接对喷水环5和隔套2进行支撑；进水套1与隔套2连接形成第二冷却水腔19，第二冷却水腔19通过进水孔22与第一冷却水腔14连通。

其中进水套1与隔套2密封连接，且下支撑端面18通过密封圈13与隔套2的下端面密封连接。

对于二次冷却机构，其结构为：二次冷却机构包括冷水套11，冷水套11包括上连接部20、二次冷却部23和伸出部24，上连接部20与下支撑端面18固定连接；二次冷却部23为锥形，且二次冷却部23的上部开口大于下部开口，二次冷却部23的上部与上连接部20固定连接，第一冷却水腔14的冷却水通过喷水通道15流入二次冷却部23，伸出部24为圆柱形，伸出部24的上端与二次冷却部23的下部固定连接。冷水套11对铸锭进行浸泡式冷却，此冷却方式可实现对铸锭进行强冷及急冷的目的，使铸锭组织紧密。

其中二次冷却部23上设置若干个溢流孔25，溢流孔25设置在二次冷却部23的中部或者上部。且托盘10/10’通过丝杆传动往下方(箭头D所示)牵引，而铜锭9/9’由于重力的条件下，与托盘10’一致同步往下方位移，以现实一定长度实心铜棒(铜锭)9/9’的铸造。

如图3和4所示，本实用新型专利涉及一种下引法铸造高电率铜锭的冷却装置。冷却装置由进水套1、隔套2、铜套3、导水弹簧4、石墨结晶器12、喷水环5、密封圈13和冷水套11装配组成。在铜锭9/9’铸造过程中，需要有冷却装置对铜水进行冷却，以实现铜水7/7’从液态转换成固体铜锭9/9’的过程。而冷却水自C1和C2分两路(也可以是三路、四路等多路，根据实际需要匹配)从进水套1的冷却水进口16流入进水套1与隔套2配合形成的第二冷却水腔19内，隔套2上部有数个圆周均布的进水孔22(附图3中H区域所示，附图4中F区域所示)，由于水压的作用下，冷却水通过此排进水孔22圆周均布无温差的流入隔套2与铜套3配合成形的第一冷却水腔14内(附图3中I区域)，第一冷却水腔14装有导水弹簧4(附图4中G区)，冷却水通过导水弹簧4引流及缓冲，将冷却水有规律导向铜套3的四周，保证铜套相同水平面无温差，冷却水自上而下流动，且通过导水弹簧4对冷却水的缓冲，并且通过喷水环5与铜套3配合的喷水通道15排出对铜锭9/9’进一步冷却。在本申请中，导水弹簧4为螺旋结构，与普通弹簧结构相同，冷却水向下流动时会沿着导水弹簧4螺旋向下流动，在导水弹簧4的导向作用下，冷却水对铜锭进行有梯度的冷却，无死角现象，且此冷却方式具有差异小、圆周冷却均匀及冷却效果好的优点。导水弹簧4可以根据附图4中G区的深度设置多个，进行首尾相连，以便于对直径较大、冷却速率慢的铜锭进行冷却。而冷水套11的二次冷却部23上设有若干个溢流孔25(如附图4中K区所示)，当冷水套11的二次冷却部23内的冷却水过多就从E1/E2(如附图3所示)的方向流出，一次冷却机构的冷却水流入二次冷却机构，并对铸锭进行浸泡式冷却，此冷却方式可实现对铸锭进行强冷及急冷的目的，使铸锭组织紧密。为防止冷水套11的冷却水过满存在一定压力倒流进行一次冷却机构，造成铸锭有气孔，通过在冷水套11上方开有数个冷却水溢流孔25(如附图3中J区所示)对二次冷却机构的冷却水通过溢流式排出(E1和E2流路所示方向)，防止二次冷却水倒流影响铜锭质量。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种下引法铸造高电率铜锭的冷却装置，其特征在于：包括

用于将铜溶液进行固化的石墨结晶器(12)；

将铜溶液注入石墨结晶器(12)中的进液机构；

一次冷却机构，所述一次冷却机构对石墨结晶器(12)进行均匀冷却，使得石墨结晶器(12)同一水平区域受热均匀，将铜溶液固化；

进水机构，所述进水机构将冷却水输送至一次冷却机构；

二次冷却机构，所述二次冷却机构设置在进水机构的下方，并与进水机构固定连接，对从石墨结晶器(12)出来的固态铜锭进一步冷却。

2.如权利要求1所述的一种下引法铸造高电率铜锭的冷却装置，其特征在于：所述一次冷却机构包括

铜套(3)，所述铜套(3)内壁与石墨结晶器(12)固定连接；所述铜套(3)的上端向外延伸第一固定部(31)，所述第一固定部(31)沿铜套(3)的周向设置；

隔套(2)，所述隔套(2)上部沿周向均匀分布有若干个进水孔(22)，所述隔套(2)的上端向外延伸第二固定部(21)，所述第二固定部(21)沿隔套(2)的周向设置；所述隔套(2)自下而上套在铜套(3)外，并通过第二固定部(21)与第一固定部(31)固定连接，使得隔套(2)的内壁与铜套(3)的外壁之间形成第一冷却水腔(14)；

若干组导水弹簧(4)，所述导水弹簧(4)周向连接在隔套(2)的内壁上；

喷水环(5)，所述喷水环(5)固定连接在隔套(2)的下部，并与铜套(3)的下部形成对铜锭四周进行喷水的喷水通道(15)。

3.如权利要求2所述的一种下引法铸造高电率铜锭的冷却装置，其特征在于：所述铜套(3)上部的外径自与进水孔(22)轴线相交处向上逐渐递增，并增至第一固定部(31)。

4.如权利要求2所述的一种下引法铸造高电率铜锭的冷却装置，其特征在于：所述进水机构包括进水套(1)，所述进水套(1)包括冷却水进口(16)、上连接端面(17)和下支撑端面(18)；

所述进水套(1)自下而上套在隔套(2)的外部，并通过上连接端面(17)与第二固定部(21)固定连接；所述下支撑端面(18)与喷水环(5)的下端面和隔套(2)的下端面连接对喷水环(5)和隔套(2)进行支撑；

所述进水套(1)与隔套(2)连接形成第二冷却水腔(19)，所述第二冷却水腔(19)通过进水孔(22)与第一冷却水腔(14)连通。

5.如权利要求4所述的一种下引法铸造高电率铜锭的冷却装置，其特征在于：所述进水套(1)与隔套(2)密封连接。

6.如权利要求4所述的一种下引法铸造高电率铜锭的冷却装置，其特征在于：所述二次冷却机构包括冷水套(11)，所述冷水套(11)包括

上连接部(20)，所述上连接部(20)与下支撑端面(18)固定连接；

二次冷却部(23)，所述二次冷却部(23)为锥形，且二次冷却部(23)的上部开口大于下部开口，所述二次冷却部(23)的上部与上连接部(20)固定连接，所述第一冷却水腔(14)的冷却水通过喷水通道(15)流入二次冷却部(23)。

7.如权利要求6所述的一种下引法铸造高电率铜锭的冷却装置，其特征在于：所述冷水套(11)还包括伸出部(24)，所述伸出部(24)为圆环形，所述伸出部(24)的上端与二次冷却部(23)的下部固定连接，且伸出部(24)的内径大于石墨结晶器(12)的内径。

8.如权利要求6所述的一种下引法铸造高电率铜锭的冷却装置，其特征在于：所述二次冷却部(23)上设置若干个溢流孔(25)。

9.如权利要求8所述的一种下引法铸造高电率铜锭的冷却装置，其特征在于：所述溢流孔(25)设置在二次冷却部(23)的中部或者上部。

10.如权利要求1所述的一种下引法铸造高电率铜锭的冷却装置，其特征在于：还包括托盘(10)，所述托盘(10)转动并支撑铜锭的下端，同时将铜锭向下牵引。

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